尹超 高光明 中南大學地學與環(huán)境工程學院，湖南長沙 410083

現代地圖學發(fā)展評述
——地圖制圖技術的發(fā)展

尹超 高光明 中南大學地學與環(huán)境工程學院，湖南長沙 410083

現代地圖學以地理信息傳輸為中心，以研究地圖的本質、地圖的設計和制作技術以及使用方法為基本任務。隨著科技的發(fā)展,傳統(tǒng)的地圖制圖科學發(fā)生了深刻的變化,地圖制圖技術得到了大幅度的發(fā)展。地圖制圖數據源朝著多元化方向發(fā)展，地圖生產技術科技含量越來越高，功能更加強大。

現代地圖學；制圖技術的發(fā)展；地圖制圖數據源；地圖生產技術

1 現代地圖學概述

地圖學是研究有關地圖的理論體系和技術系統(tǒng)及其應用的學科, 是一門研究以地圖圖形反映與揭示各種自然和社會現象空間分布、相互聯系及動態(tài)變化的、技術與藝術相結合的科學。其研究對象是地球表層各種自然與社會現象的結構與特性的空間信息,集中表達了人類對地理環(huán)境的科學認識,展示了自然與社會現象的空間分布、內在聯系及其時間變化等，也成為區(qū)域創(chuàng)新與科技地理研究的新工具。

現代地圖學以地理信息傳輸為中心，以研究地圖的本質、地圖的設計和制作技術以及使用方法為基本任務。其中，地理信息系統(tǒng)是地圖、機助地圖制圖系統(tǒng)和地圖數據庫的發(fā)展和延伸,是地圖學發(fā)展的新階段。地圖學與地理信息系統(tǒng)的融合,充實了地圖學的理論體系,豐富了地圖學的研究內容,也拓寬了地圖學的應用范圍,賦予了現代地圖學新的發(fā)展空間?，F代地圖學已經不是一般的應用科學,而是可以作為表現事物空間分布的科學了。而數字制圖系統(tǒng)的應用,以及將人工智能、專家系統(tǒng)的概念和技術用于地圖設計過程,也使得計算機系統(tǒng)具有模擬地圖制作者的思維和推理能力，實現真正意義上的地圖生產的自動化和智能化。

2 地圖制圖技術的發(fā)展

由于“3S”技術的發(fā)展以及計算機圖形學、圖像處理等技術的引入，地圖制圖的數據源、地圖的生產過程都發(fā)生了很大的變化。傳統(tǒng)的地圖制圖數據源主要是外業(yè)測量以及航空射影測量的數據或直接利用現有地圖資料，經過制圖人員編繪成新的地圖。而目前地圖生產的數據源卻遠遠不止這些。GPS測量是地圖生產的重要數據源。隨著遙感技術的不斷發(fā)展，高分辨率、多波段、多時相的遙感圖像成為制圖重要數據之一。

傳統(tǒng)的地圖生產工藝是利用各種繪圖或刻圖工具手工制圖，由于計算機技術和計算機圖形學在地圖制圖中的運用,數字化的生產方式已貫穿了地圖生產的各個環(huán)節(jié)。利用模式識別技術可實現地圖數據采集的自動化；在地圖數據庫和符號庫的支持下,可以快速自動生成地圖；地圖制圖綜合專家系統(tǒng)已經在許多地圖要素層上實現了自動化。目前出現了眾多商業(yè)化的功能強大的桌面制圖軟件,如ARC/INFO 和Intergraph。隨著地圖印刷技術的發(fā)展，印前系統(tǒng)的不斷完善,地圖生產的全過程(包括地圖設計、地圖編繪、地圖復制)已經可以實現數字環(huán)境下人機協(xié)同的半自動化甚至完全自動化。

2.1 地圖制圖數據源

2.1.1 傳統(tǒng)地圖制圖數據源

傳統(tǒng)的地圖制圖數據源主要是外業(yè)測量以及航空射影測量的數據或直接利用現有地圖資料，經過制圖人員編繪成新的地圖。傳統(tǒng)的地圖制圖數據源形式比較單一，并且外業(yè)測量獲得的數據源由于人為因素或者天氣、測量儀器誤差等因素導致制作出的地圖存在比較大的誤差，精確度較低。航空攝影測量的數據也同樣由于天氣等因素的影響會導致誤差。而利用現有的地圖資料編繪出新的地圖，耗費較多的人力，且精度不高。

2.1.2 現代地圖制圖數據源

新技術條件下新增加的制圖數據包括GPS數據庫和遙感圖像等。地圖數據是以數字地圖的形式存儲各種來源的數據,地圖數據一旦建立,長久受益,可以發(fā)揮測繪專業(yè)優(yōu)勢,廣泛地為社會各行各業(yè)服務,提供豐富多彩的數據產品,避免重復勞動,節(jié)約社會勞動力,創(chuàng)造更多的社會財富。同時可長期保留數據,動態(tài)更新,充分提高數據的利用率,創(chuàng)造更大的社會效益和經濟效益。

（1）GPS

G P S 即全球定位系統(tǒng)（G l o b a l Positioning System），是利用人造地球衛(wèi)星進行點位測量導航技術的一種。簡單地說，這是一個由覆蓋全球的24顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)。這個系統(tǒng)可以保證在任意時刻，地球上任意一點都可以同時觀測到4顆衛(wèi)星，以保證衛(wèi)星可以采集到該觀測點的經緯度和高度，以便實現導航、定位、授時等功能。因為GPS具有全天候、全球覆蓋、三維定速定時高精度、快速省時高效率、應用廣泛多功能的特點，使得GPS成為地圖制圖重要的數據源。GPS單機實時定位精度可達1～5米,可滿足中小比例尺制圖的精度要求,高精度的GPS靜態(tài)測量可以達到1mm以內的精度,可滿足大比例地圖更新的要求。

（2）遙感

攝影測量學已有一二百年的歷史,遙感學科是本世紀6 0年代提出并發(fā)展起來的,遙感是一種不通過直接接觸目標物而獲得其信息的一種新型的探測技術。它通常是指獲取和處理地球表面的信息，尤其是自然資源與人文環(huán)境方面的信息，并最后反映在相片或數字影像上的技術。影像通常需要進一步處理方可使用，用于該目的的技術稱為圖像處理。遙感作為空間數據采集手段，已成為現代地圖主要信息源與數據更新途徑。隨著新型傳感器的不斷研制、影像處理技術的進步,制圖工作者不僅可以從低空、中空、高空飛機上,而且可以從人造地球衛(wèi)星、載人宇宙飛船、航天飛機等空間飛行器上取得各種圖像作為地圖制圖的數據源,這些圖像的覆蓋范圍可以小至幾百米,大到覆蓋1/3的地球,圖像類型不僅有黑白、彩色、彩紅外片,而且有可見光、紅外、微波雷達圖像等,這些圖像和探測數據經過處理后可以為制圖工作者提取大量有用的信息。

2.2 地圖生產技術

2.2.1 傳統(tǒng)地圖生產技術

傳統(tǒng)的地圖生產工藝是利用各種繪圖或刻圖工具手工制圖，生產出來的地圖叫做傳統(tǒng)地圖，即紙基地圖。以手工繪圖技術為代表的傳統(tǒng)地圖生產技術生產工藝復雜、難度大、工序多、生產周期長、勞動強度大、表現形式比較單一、標示方法少、彩色處理困難。紙基地圖是空間地理環(huán)境的抽象化、概念化和可視化的圖形符號模型,它是按照嚴格的數學法則和科學的制圖法則,利用符號系統(tǒng)記錄空間地理環(huán)境信息,能反映自然和社會現象的空間分布、組合、聯系與制約關系。它具有靜態(tài)的局部性,不能有效反映具有時間特性的連續(xù)變化的地理環(huán)境,無法進行動態(tài)分析。因為它適合人們較傳統(tǒng)習慣的視覺讀圖效果,不需專門硬件設備即可攜帶使用。因此目前它在國民經濟和國防建設中仍有不可取代的作用。但攜帶大批量的圖紙資料,既不方便又不符合地圖保密安全的要求。

2.2.2 現代地圖生產技術

計算機地圖制圖是GIS采集、貯存、處理空間數據的有力工具和手段。嚴格地講，計算機地圖制圖是以傳統(tǒng)的地圖制圖原理為基礎，利用電子計算機及其聯結的輸入、輸出裝置作為主要工具，采用數據庫技術和圖形數字處理方法，實現地圖信息的獲取、變換、傳輸、識別、存貯、處理、顯示和繪圖輸出。它是一門正在迅速發(fā)展的應用技術學科。計算機地圖制圖又稱機助制圖。計算機地圖制圖系統(tǒng)側重于可見實體的顯示和處理，而對可見實體可能存在的非圖形屬性不太注重，然而這種屬性在地理分析中卻是非常有用的、必要的數據。

在80年代中期，隨著數字地圖及地理信息系統(tǒng)技術的發(fā)展和應用，隨著計算機視覺化研究的深入，在側重于空間信息的表現與顯示的基礎上，電子地圖應運而生，發(fā)展成了一種新型地圖，又稱屏幕地圖和瞬間地圖。因其獨特的動態(tài)性、交互性和探索性、多媒體結構等性能，它一經問世就得到人們的青睞。電子地圖主要應用于政府宏觀管理、科學研究、規(guī)劃、預測、大眾傳播媒介、信息服務等領域。另外，它與全球定位系統(tǒng)(GPS)相結合，在航天、航空領域、軍事領域以及汽車導航中也發(fā)揮著十分廣泛的作用。目前，在國際上影響較大的電子地圖有美國世界影像電子地圖集、加拿大國家電子地圖集。在美國、英國、日本等國用于政府高層宏觀決策與信息服務的電子屏幕顯示系統(tǒng)中均有大量的電子地圖。隨著發(fā)展，眾多的地理信息系統(tǒng)的應用成果也都以電子地圖的形式來展示。

電子地圖與紙基地圖相比其最大特點是,數據存儲與顯示是分開的,地圖內容通過數字化形式存儲在相關介質中,應用時,由讀圖系統(tǒng)界面提供符號化圖形。電子地圖具有多媒體等技術優(yōu)勢,充分地體現了地圖絢麗多彩、形式多樣化的現代藝術設計手段,如圖形圖像學支持下的3維立體地圖、虛擬現實技術支持下的現代化的地圖產品。

數字地圖具有信息負載量大、傳輸迅速方便等特點。地圖制圖可以憑借在地圖上的強大專業(yè)優(yōu)勢,向其他行業(yè)提供數字地圖,節(jié)約社會必要勞動時間,創(chuàng)造更大的社會效益與經濟效益。光盤、磁帶等存儲介質容量大,穩(wěn)定性、安全性高,可以用于裝載傳送數字地圖；目前計算機網絡技術空前發(fā)展,數字地圖可以形成標準格式,通過Internet的Email等形式直接傳遞給用戶。這也是地圖的新技術產品以新技術方式為社會服務的關鍵所在。家庭計算機的擁有量正迅速增加,廣泛開發(fā)應用的地理信息系統(tǒng)產品與傳統(tǒng)地圖相比,GIS數據源在增多,數據量在增大；在遙感等技術的支持下,可保證數據的現勢性；數據查詢、檢索方式靈活多樣,信息傳輸的可選性增強；通過數據分析和計算,可以為用戶提供大量的派生信息；計算機圖形技術提供了多種多樣的地理信息產品及傳輸方式。因此大力發(fā)展桌面GIS,并使之進入千家萬戶,使地圖產品和服務方向產生一個新的質的飛躍。

3 結語

通過本文可以發(fā)現，隨著科學技術的迅猛發(fā)展，地圖制圖技術產生了前所未有的變革。地圖學在先進技術應用飛速發(fā)展的時代,其先進的理論及其對實踐的指導必須跟上時代的步伐。地圖產品的生產應該朝著人性化的方向發(fā)展，適應新技術的工作流程。數據采集應該更加多樣化，把傳統(tǒng)方法和現代方法相結合，促進地圖數據庫的更新和豐富。地圖生產技術應該綜合運用現代地圖生產技術的先進方法，使得地圖的功能更加強大。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.11.021

尹超，男，2003-2007年于國防科學技術大學計算機科學與技術專業(yè)畢業(yè)，2 0 0 8年至今在中南大學地學與環(huán)境工程地圖學與地理信息系統(tǒng)專業(yè)在讀碩士。